Hidrograf

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Hidrograf merupakan penyajian grafis antara salah satu unsur aliran dengan waktu. Hidrograf menunjukan sifat tanggapan DAS terhadap masukan hujan dengan intensitas, lama dan agihan tertentu (Sri Harto Br, 1993). Ada beberapa jenis hidrograf, yaitu : 1. Hidrograf Muka Air (Stage Hydrograph), yaitu grafik hubungan antara perubahan tinggi muka air dengan waktu. 2. Hidrograf Debit (Discharge Hydrigraph), yaitu grafik hubungan antara debit dengan waktu. 3. Hidrograf Sedimen (Sediment Hydrograph), yaotu grafik hubungan antara kandungan sedimen dengan waktu (Sri Harto Br, 1993). Hidrograf terdiri dari tiga bagian, yaitu sisi naik (Rising Limb), puncak (Crest), dan sisi resesi (Recession Limb). Bentuk hidrograf dapat ditandai dengan tiga sifat pokoknya, yaitu waktu naik (time of rise) adalah waktu yang diukur dari saat hidrograf mulai naik sampai waktu terjadinya debit puncak, debit puncak (peak discharge) adalah debit maksimum yang terjadi dalam suatu kasus tertentu, dan waktu dasar (base time) adalah waktu yang diukur dari saat hidrograf mulai naiksampai waktu di mana debit kembali pada suatu besaran yang ditetapkan (Sri Harto Br, 1993). Bentuk hidrograf pada umumnya sangat dipengaruhi oleh sifat hujan yang terjadi, akan tetapi juga dapat dipengaruhi oleh sifat DAS yang lain. Menurut Kennedy dan Watt (1967) sifat hujan yang sangat mempengaruhi bentuk hidrograf ada tiga macam, yaitu intensitas hujan, lama hujan, dan arah gerak hujan (Sri Harto Br, 1993). Intensitas hujan yang makin tinggi akan mengakibatkan hidrograf naik dengan cepat, atau dengan kata lain akan terjadi hidrograf dengan waktu naik pendek dan debit puncak tinggi, demikian pula sebaliknya. Intensitas hujan yang tinggi pada umumnya terjadi dalam waktu yang pendek, atau lama hujan pendek, sedangkan intensitas hujan yang rendah pada umumnya terjadi dengan lama hujan yang besar. Arah gerak hujan ke hulu mengakibatkan hidrograf naik dengan cepat mencapai debit puncak dengan waktu dasar yang relatif panjang. Sebaliknya, arah gerak hujan ke hilir menyebabkan hidrograf naik lebih lambat, akan tetapi kemudian naik dengan cepat dan mempunyai waktu dasar yang relatif pendek (Sri Harto Br, 1993). Hidrograf untuk berbagai keadaan sungai, sangat tergantung dari posisi akuifer yang berada di sekitar sungai tersebut, maka secara umum sungai dapat dikelompokkan menjadi tiga golongan : 1. Sungai Parennial, yaitu sungai yang sepanjang tahun mengalirkan air yang cukup, karena keadaan akuifer di sekitarnya cukup baik, sehingga selalu dapat mengalirkan air tanah ke dalam sungai. 2. Aliran Intermitten, yaitu muka air tanah yang hanya berada di atas dasar sungai pada musim hujan, akan tetapi selama musim kering, muka air tanah berada di bawah dasar sungai. Maka aliran airnya akan nampak selama musim hujann dan beberapa lama setelah musim hujan berakhir, akan tetapi selebihnya aliran menjadi kering sama sekali.

1

3. Aliran Ephimeral, yaitu aliran permukaan permukaan yang hanya terjadi sesaat pada waktu terjadi hujan yang melebihi laju infiltrasi. Hal ini terjadi karena laju muka air dalam akuiferselalu di bawah dasar sungai (Sri Harto Br, 1993). 1.2 Tujuan Tujuan dari dibuatnya makalah berjudul “Hidrograf Satuan” ini agar mahasiswa dapat memahami maksud peyajian grafis (hidrograf) dari suatu DAS. Dengan memahami hidrograf, maka mahasiswa mampu mengatasi masalahmasalah yang berkaitan dengan hidrologi. Tujuan lainnya yaitu dalam pekerjaan pengendalian banjir, kita dapat memperkirakan debit banjir dan elevasi muka air banjir pada sungai, sehingga dapat direncanakan tinggi jagaan yang dapat melindungi daerah di sekitar sungai. 1.3 Rumusan Masalah Dalam memperkirakan debit banjir dan elevasi muka air banjir pada sungai, maka kita memerlukan suatu metode untuk mendapatkan hidrograf. Metode yang umunya dipakai di Indonesia adalah Metode Nakayasu untuk menghitung hidrograf satuan DAS-DAS di Pulau Jawa.

2

BAB II ISI 2.1 Hidrograf Satuan Sherman mengemukakan bahwa dalam suatu sistem DAS terdapat satu sifat khas yang menunjukkan sifat tanggapan DAS terhadap suatu masukan tertentu. Tanggapan yang demikian dalam konsep model hidrologi dikenal dengan hidrograf satuan (unit hydrograph). Hidrograf satuan adalah hidrograf limpasan langsung (direct runoff hydrograph) yang dihasilkan oleh hujan mangkus yang terjadi merata di seluruh DAS dan dengan intensitas tetap dalam satu satuan waktu yang ditetapkan (Sri Harto Br, 1993). Sherman mengklasifikasikan limpasan ke dalam limpasan permukaan dan limpasan air tanah (Ven Te Chow, 1988). Konsep hidrograf satuan ini pertama kali dikemukakan oleh Sherman (1932)dalam upayanya untuk mendapatkan perkiraan banjir yang terjadi akibat berbagai kedalaman hujan dan berbagai agihan jam-jaman. Namun, karena anggapan-anggapan yang digunakan, bahwa hidrograf aliran yang sebenarnya terjadi selalu berbeda untuk setiap masukan yang terjadi pada saat yang berbeda. Oleh sebab itu, untuk memperoleh hidrograf yang dapat dianggap sebagai hidrograf khas dan mewakili DAS tersebut diperlukan perata-rataan hidrograf satuan yang diperoleh dari beberapa kasus banjir. Sri Harto (1989) menunjukkan bahwa makin sedikit jumlah kasus banjir yang digunakan, makin besar nilai debit puncak yang diperoleh dibandingkan dengan jumlah kasus banjir yang banyak (Sri Harto Br, 1993). Harus ditekankan, bahwa nasaban yang dicari adalah antara hujan bersih atau hujan sangkil (yaitu hujan yang tetap berupa limpasan setelah dikurangi semua yang hilang akibat penguapan, pencegatan, dan peresapan) dan limpasan permukaan (yaitu hidrograf limpasan dikurangi aliran dasar). Cara itu meliputi tiga asas yang berikut : 1. Dengan curah hujan bersih berkelebatan seragam pada DAS tertentu, kelebatan hujan yang berbeda-beda menghasilkan jujuh yang sama untuk jangka waktu yang sama, meskipun banyaknya berbeda-beda. 2. Dengan hujan bersih berkelebatan seragam pada DAS tertentu, kelebatan hujan yang berbeda-beda dengan jujuh (lama hujan) yang sama menghasilkan hidrograf limpasan untuk jangka waktu yang sama. Ordinat hidrograf itu, pada sebarang waktu, memiliki perbandingan yang sama satu dengan yang lain dengan kelebatan hujannya. Dengan kata lain, bahwa hujan sebanyak n kali dalam waktu tertentu akan memberikan ordinat sebesar n kali. 3. Asas superposisi berlaku untuk hidrograf dari jangka waktu malar dan atau yang berdiri sendiri-sendiri dari hujan bersih berkelebatan seragam. Hidrograf jumlahan limpasan yang disebabkan oleh hujan badai yang berdiri sendiri-sendiri merupakan jumlah dari hidrograf yang terpisah (E.M. Wilson, 1993) Pemisahan hidrograf ke dalam komponen-komponen :  Direct Run Off (Limpasan langsung) dan  Base Flow (Aliran Dasar)

3

Dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu: 1. Fixed Base Length Method Prosedur pemisahan aliran dasar ini berdasarkan pengertian bahwa limpasan permukaan akan berakhir sesudah waktu tertentu, dihitung dari puncak hidrograf. Langkah-langkahnya :  Meneruskan garis resesi dari hidrograf sebelumnya sampai pada titik di bawah puncak hidrograf.  Ukurkan suatu titik pada kurva resesi sejarak N dari garis vertikal lewat puncak hidrograf dengan N = A 0,2

....(i)

dengan

N = waktu dalam hari A = luas daerah (mil2) 2. Straight Line Method Cara ini merupakan cara yang paling sederhana. Langkah-langkahnya yaitu menghubungkan titik dimana limpasan permukaan mulai terjadi, dengan titik pemisah aliran dasar pada kurva resesi. 3. Variable Slope Method Aliran dasar (Base Flow) akan mulai memberikan sumbangan pada periode resesi dari harga puncaknya yaitu pada suatu titik peralihan (Inflection Point), sedang kurva resesi yang terjadi sebelumnya diteruskan sampai di bawah puncak hidrograf (http://pksm.mercubuana.ac.id/modul/11020-13-607145855233.doc ). Hidrograf satuan mempunyai dua andaian pokok, yaitu : 1. Hidrograf satuan ini ditimbulkan oleh hujan yang terjadi merata di seluruh DAS (spatialy evenlly distributed), 2. Hidrograf satuan ini ditimbulkan oleh hujan yang terjadi merata selama waktu yang ditetapkan (constant intensity) (Sri Harto Br, 1993) Dalam hidrograf satuan menggunakan beberapa asumsi yang menjadi dasar teori hidrograf satuan, yaitu : 1. Hidrograf satuan dihasilkan dari satu satuan hujan lebih dengan intensitas yang tetap dalam satu satuan waktu tertentu, 2. Hidrograf satuan dihasilkan dari hujan lebih yang terdistribusi secara merata di seluruh DAS, 3. Waktu dasar hidrograf aliran langsung dihasilkan dari hujan lebih dengan durasi yang konstan, 4. Ordinat hidrograf aliran langsung sebanding dengan hujan lebih yang menimbulkannya, dan 5. Karakteristik fisik DAS tidak berubah (Chow et al, 1988) (www.geocities.com/jurnal_stmc/vol2/pdf/vol2no1-07.pdf ) Untuk memperoleh hidrograf satuan dari suatu kasus banjir, maka diperlukan data sebagai berikut : 1. Rekaman AWLR (Automatic Water Level Recorder), 2. Pengukuran debit yang cukup, 3. Data hujan biasa (manual), dan

4

4. Data hujan otomatik. Selanjutnya, perlu dipilih kasus yang menguntungkan dalam analisis, yaitu dipilih hidrograf yang terpisah (isolated) dan mempunyai sau puncak (single peak), serta hujan yang cukup serta agihan jam-jamannya. Syarat di atas sebenarnya bukan merupakan keharusan, kecuali untuk mempermudah hitungan yang dilakukan (Sri Harto Br, 1993). 2.2 Hidrograf Satuan Sintetik Hidrograf satuan dapat dibuat jika tersedia pasangan data hujan dan debit aliran, namun jika tidak tersedia kedua data tersebut maka hidrograf satuan dapat dibuat secara sintetik yaitu hidrograf satuan sintetik. Hidrograf satuan sintetik dapat digunakan untuk membangun hidrograf satuan di tempat lain pada sungai yang tidak diukur. Pada garis besarnya ada tiga tipe hidrograf satuan sintetik, yaitu : 1. berdasarkan hubungan karakteristik hidrograf dengan karakteristik DAS (metode snyder, 1938), 2. berdasarkan pada metode simpanan DAS (metode Clark, 1943), dan 3. berdasarkan pada hidrograf satuan yang tidak berdimensi (metode SCS, 1972) (www.geocities.com/jurnal_stmc/vol2/pdf/vol2no1-07.pdf ). 2.2.1 Metode Snyder Snyder memanfaatkan parameter DAS untuk memperoleh hidrograf satuan sintetik. Hal tersebut didasarkan pada pemikiran bahwa pengalihragaman hujan menjadi aliran baik pengaruh translasi maupun tampungannya dapat dijelaskan dipengaruhi oleh sistem DASnya. Persamaan yang diturunkan adalah sebagai berikut ini : tp = Ct (L.Lc)0,3 tr = tp / 5,5 qp = (640 Cp.A) / tp tb = 3 + tp / 8 tp = tp + 0,25 (tp – tr)

....(ii) ....(iii) ....(iv) ....(v) ....(vi)

dengan

tr = waktu capai pucak (m) Ct = tetapan, berkisarantara 0,7-1,0 L = panjang sungai utama (mile) Lc = panjang sungai diukur sampai titik terdekat dengan titik berat DAS (mile) tr = lama hujan satuan (jam) Cp = tetapan berkisar antara 0,35-0,50 tp = waktu capai puncak bila lama hujan tidak sama dengan (tr) A = luas DAS (mile2) (Sri Harto Br, 1993). Metode Snyder pada dasarnya menentukan hidrograf satuan sintetik yang dihitung berdasarkan rumus empiris dan koefisien empiris yang menghubungkan komponen hidrograf satuan dengan karakteristik DAS. Snyder menganggap ciri DAS yang mungkin berpengaruh pada bentuk hidrograf satuan adalah luas DAS,

5

bentuk cekungan, rupabumi, lereng alur, kerapatan sungai, dan simpanan alur. Ia meniadakan semua parameter kecuali yang dua pertama dengan memasukkannya ke dalam koefisien Ct (E.M. Wilson, 1993). Dalam pengujian untuk beberapa buah sungai di Pulau Jawa, ternyata bahwa persamaan-persamaan Snyder menunjukkan penyimpangan yang besar, baik dalam besaran waktu capai puncak (time to peak) maupun debit puncak. Hal ini dapat dipahami karena memang cara ini mengandung beberapa koefisien empirik yang dikembangkan di daerah Appalachian di Amerika yang kurang sesuai dengan keadaan di Indonesia (Sri Harto Br, 1993). 2.2.2

Metode Clark Untuk metode Clark mendasarkan pada metode penampungan yang menyatakan bahwa hujan menjadi limpasan langsung dapat dimodifikasi menjadi hidrograf satuan oleh dua faktor yang terjadi secara berurutan sebagai berikut : 1. Perpindahan volume air hujan yang jatuh pada suatu DAS yang mengalir menuju keluaran DAS mengikuti waktu perjalanannya, 2. Volume air yang menuju keluaran DAS tersebut secara bertahap (E.M. Wilson, 1993). Bentuk hidrograf satuan sintetik metode Clark pada dasarnya ditentukan berdasarkan dua parameter yaitu waktu konsentrasi (TC), koefisien simpanan DAS (R) dan diagram luasan waktu. Diagram luasan waktu menentukan jumlah luasan simpanan DAS yang memberikan kontribusi pada debit keluaran DAS sebagai fungsi waktu yang dinyatakan sebagai bagian dari TC (US Army Corps Of Engineers, 1990).

2.2.3

Metode Nakayasu Metode hidrograf satuan sintetik Nakayasu adalah metode yang paling sering dipakai di Indonesia, untuk menghitung hidrograf satuan DAS-DAS di Pulau Jawa. Metode Nakayasumempunyai rumus pokok sebagai berikut : Qp = CARO / (3,6(0,3Tp + T0,3)

....(vii)

di mana : Qp = C = A = RO = Tp =

debit puncak banjir (m3/dt) koefisien pengaliran DAS luas DAS (km2) hujan satuan (1 mm) tenggang waktu dari permulaan hujan sampai dengan waktu puncak banjir (jam) T0,3 = tenggang waktu dari Tp sampai dengan waktu 30% debit puncak (jam) Waktu puncak (Tp) dirumuskan sebagai berikut : Tp = Tg + 0,058Tr

....(viii)

di mana : Tg = 0,21L0,7 untuk panjang sungai (L) < 15 km Tg = 0,4 + 0,058L untuk panjang sungai (L) > 15 km Tr = 0,5tg sampai dengan Tg

6

Adapun T0,3 dirumuskan sebagai berikut : T0,3 = αTg

....(ix)

di mana : = 1 untuk DAS biasa = 1,5 untuk DAS dengan hidrograf naik yang cepat dan hidrograf turun yang lambat = 3 untuk DAS dengan hidrograf naik yang lambat dan hidrograf turun yang cepat Debit pada hidrografnya dicari dengan rumus sebagai berikut : a. Untuk bagian lengkung naik : Qa = Qp (t / Tp)2,4

....(x)

di mana : Qa = debit sebelum mencapai puncak banjir T = waktu dari permulaan hujan sampai dengan waktu puncak banjir (jam) b. Untuk bagian lengkung turun : dari Tp sampai dengan T0.,3 



Qd1 = Qp. 0,3 (t-Tp/T0,3) dari T0,3 sampai dengan T0,09

....(xi)

Qd2 = Qp.0,3 (t-Tp+0,5 T0,3 / (1,5 T0,3)) 

....(xii)

waktu untuk T